JPH10215012A - 板状圧電セラミックスの分極方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、分極状態が良好な圧電基板を提供
することを目的とする。 【解決手段】 板状圧電セラミックス１の表、裏面に等
間隔かつ平行に複数の溝４を設け、次に溝４を覆うよう
に第１の電極２ａ，２ｂ，２ｃ、第２の電極３ａ，３
ｂ，３ｃを形成する。その後第１の電極２ａ，２ｂ，２
ｃと第２の電極３ａ，３ｂ，３ｃを短絡状態とし、同一
面上の隣り合う電極間に電位差を与えて分極するもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば共振子やフ
ィルタといった各種圧電デバイスの素材となる板状圧電
セラミックスの分極方法に関し、特に大きな圧電基板を
その主面と平行に分極させる圧電基板の分極方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、大きな板状の圧電基板の分極方法
としては、例えば特開平３−２１２９８１号公報に示さ
れるような方法がある。

【０００３】まず、図４に示すように大きな板状圧電セ
ラミックス１００の表面上に複数の帯状電極１０１ａ，
１０１ｂ，１０１ｃ，…を所定の間隔をおいて平行に配
設するとともに、この板状圧電セラミックス１００の裏
面にも表面側の帯状電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１
ｃ，…と対向する位置に複数の帯状電極１０２ａ，１０
２ｂ，１０２ｃ，…を所定間隔をおいて平行に配設す
る。そして、板状圧電セラミックス１００を挟んで表、
裏面に対向配置された一対の帯状電極１０１ａ，１０２
ａの組をプラス極、その隣の一対の帯状電極１０１ｂ，
１０２ｂの組をマイナス極、さらにその隣の一対の帯状
電極１０１ｃ，１０２ｃの組をプラス極、…というよう
に交互に反対電極性になるように直流電源に接続し直流
高電圧を印加する。このとき、板状圧電セラミックス１
００には図３中で破線で示す電気力線（Ｅ）の方向に電
界が作用し、この電気力線（Ｅ）の方向に分極される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この分極方法では、板
状圧電セラミックス１００の同極性の帯状電極対（例え
ば帯状電極１０１ａ，１０２ａ）で表裏から挟まれてい
る部分においては、分極処理時電気力線（Ｅ）は板状圧
電セラミックス１００の厚み方向から徐々に主面と平行
方向に湾曲する。また帯状電極対１０１ａ，１０２ａと
隣接する帯状電極対１０１ｂ，１０２ｂとの間の領域で
は電気力線（Ｅ）は基板主面とほぼ平行になるのである
が、この領域においても、表、裏面の帯状電極対１０１
ａ，１０２ａ，１０１ｂ，１０２ｂの近い部分では電束
密度が大きく、厚み方向中心部では電束密度が相当小さ
くなっている。そのため、板状圧電セラミックス１００
の表、裏面に近い部分は良好に分極されるが、厚み方向
中心部では未分極となる。したがって、板状圧電セラミ
ックス１００のこの部分では、平行に分極することがで
きないという問題点を有していた。

【０００５】そこで本発明は、分極状態が良好な圧電基
板を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の板状圧電セラミックスの分極方法は、板状
圧電セラミックスの少なくとも一方の面に、等間隔かつ
平行に複数の溝を設ける工程と、次にこの複数の溝を覆
うように第１の帯状電極を形成する工程と、次いで前記
板状圧電セラミックスの他方の面に前記第１の帯状電極
と前記板状圧電セラミックスを介して対向するように第
２の帯状電極を形成する工程と、その後前記第１の帯状
電極と第２の帯状電極を短絡状態とし、同一面上の隣り
合う帯状電極間に電位差を与えて分極する工程とを有す
るものであり、板状圧電セラミックスの厚み方向に溝を
設けているので、板状圧電セラミックスの同一平面上の
隣り合う１組の電極間には板状圧電セラミックス主面と
平行な電気力線が発生し、上記目的を達成することがで
きる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、板状圧電セラミックスの少なくとも一方の面に、等
間隔かつ平行に複数の溝を設ける工程と、次にこの複数
の溝を覆うように第１の帯状電極を形成する工程と、次
いで前記板状圧電セラミックスの他方の面に前記第１の
帯状電極と前記板状圧電セラミックスを介して対向する
ように第２の帯状電極を形成する工程と、その後前記第
１の帯状電極と第２の帯状電極を短絡状態とし、同一面
上の隣り合う帯状電極間に電位差を与えて分極する工程
とを有する板状圧電セラミックスの分極方法であり、良
好な分極状態を有する板状圧電セラミックスを得ること
ができる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、第２の帯状電極
を形成する板状圧電セラミックスにも溝を設ける請求項
１に記載の板状圧電セラミックスの分極方法であり、よ
り良好な分極状態を有する板状圧電セラミックスを得る
ことができる。

【０００９】請求項３に記載の発明は、板状圧電セラミ
ックスを焼結前に溝を形成する請求項１に記載の板状圧
電セラミックスの分極方法であり、板状圧電セラミック
スの加工がし易く所望の形状の溝を形成することができ
る。

【００１０】請求項４に記載の発明は、板状圧電セラミ
ックスを形成するときに、同時に溝を形成する請求項３
に記載の板状圧電セラミックスの分極方法であり、工程
数を増やさずに溝を形成することができる。

【００１１】請求項５に記載の発明は、第１の帯状電極
と第２の帯状電極は、分極後洗浄で除去できる材料で形
成する請求項１に記載の板状圧電セラミックスの分極方
法であり、分極後に行う研磨工程での板状圧電セラミッ
クスの厚みムラを防止することができる。

【００１２】以下本発明の一実施の形態について図面を
参照しながら説明する。 （実施の形態１）図１は、本実施の形態における板状圧
電セラミックスの一部断面図であり、図２は同一部上面
図であり、板状圧電セラミックス１の表、裏面に対向す
るように、平行でかつ等間隔に複数の溝４を設けてい
る。またこの溝４を覆うように帯状の第１の電極２ａ，
２ｂ，２ｃ、第２の電極３ａ，３ｂ，３ｃを設けてい
る。

【００１３】まず、ＰＺＴ系の圧電セラミックス材料を
使用して、約５００μｍの厚みを有するセラミックシー
トを作成する。次にこのセラミックシートを１辺が約１
００ｍｍの板状圧電セラミックス１に切断する。この
時、表面および裏面に焼結後の５ｍｍ等間隔を有するよ
うな溝４を１５本、平行に形成したこの溝４の深さは、
厚み方向に１２０μｍ、幅は５０μｍとなるようにし
た。このように焼結前の状態で所定の大きさの板状圧電
セラミックス１を形成すると同時に溝４も形成すると、
溝４の形成工程をわざわざ設ける必要がない。さらにこ
の溝４は、分極後板状圧電セラミックス１を所定の形状
に切断するとき利用でき、容易に切断できるという利点
も有する。

【００１４】次に板状圧電セラミックス１の表、裏面に
設けた溝４を充填かつ被覆するように、電極ペーストを
スクリーン印刷し、０．５ｍｍ幅の第１の電極２ａ，２
ｂ，２ｃ及び第２の電極３ａ，３ｂ，３ｃを形成した。
この第１の電極２ａ，２ｂ，２ｃ、第２の電極３ａ，３
ｂ，３ｃに使用する材料は、分極後洗浄除去が可能な水
溶性のカーボンペーストの電極材料を用いた。このカー
ボン電極は水の中で、超音波洗浄器を使用することによ
り除去でき、製造工程をより効率化することができる。

【００１５】その後、溝４上の第１の電極２ａと第２の
電極３ａを短絡させた状態の１対にプラス極、またこの
第１の電極２ａと第２の電極３ａに隣り合う第１の電極
２ｂと第２の電極３ｂも同様に短絡させた状態の１対に
マイナス極、さらにこれに隣り合う第１の電極２ｃと第
２の電極３ｃも同様に短絡させた状態の１対にプラス極
と、交互に隣り合う電極に異なる極性をかけるとともに
板状圧電セラミックス１を挟んで対向する電極間を短絡
状態とした。この時隣り合う電極間（例えば第１の電極
２ａ，２ｂ間）には１５ｋＶの直流電圧を印加した。こ
のときの板状圧電セラミックス１には図１、２において
点線で示す電気力線（Ｅ）の方向に電界が作用し、電気
力線（Ｅ）の方向に分極される。つまり、溝４上の第１
の電極２ａ，３ａ，２ｂ，３ｂ，２ｃ，３ｃは板状圧電
セラミックス１の溝の長さ方向、厚み方向に溝を設けて
いるので隣り合う１組の電極間には、板状圧電セラミッ
クス１主面と平行に分極される。分極後第１の電極２
ａ，２ｂ，２ｃ、第２の電極３ａ，３ｂ，３ｃを水中で
超音波洗浄器により除去する。次に精密研磨機で板状圧
電セラミックス１を厚み３００μｍにした後、溝４上に
沿って切断し表、裏面全体にＣｒ−Ａｕを用いて蒸着に
より電極を形成した。次いでこれを縦５ｍｍ、横１ｍｍ
のチップ形状にした。

【００１６】このようにして得た共振子の電気機械結合
係数（ｋ₁₅）を（表１）に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】この（表１）を見ても分かるように本実施
の形態の分極方法を用いた共振子は、従来のものと比較
すると分極状態が良好である。なお本実施の形態におい
ては、板状圧電セラミックス１の材料としてＰＺＴ系の
セラミック材料を用いたが、ＰＴ系の材料など用いても
同様の効果が得られる。

【００１９】また、第１の電極２ａ，２ｂ，２ｃ及び第
２の電極３ａ，３ｂ，３ｃの材料として、カーボンペー
ストを用いたが、Ａｇペーストなど他の水溶性電極を用
いてもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上本発明によると、板状圧電セラミッ
クスの厚み方向に溝を設けているので、分極時に板状圧
電セラミックスの同一平面上の隣り合う１組の電極間に
は板状圧電セラミックス主面と平行な電気力線が発生
し、分極状態が良好な板状圧電セラミックスを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における板状圧電セラミ
ックスの一部断面図

【図２】同一部上面図

【図３】従来の板状圧電セラミックスの一部上面図

【図４】同一部断面図

【符号の説明】

１ 板状圧電セラミックス ２ａ 第１の電極 ２ｂ 第１の電極 ２ｃ 第１の電極 ３ａ 第２の電極 ３ｂ 第２の電極 ３ｃ 第２の電極 ４ 溝

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状圧電セラミックスの少なくとも一方
   の面に、等間隔かつ平行に複数の溝を設ける工程と、次
   にこの複数の溝を覆うように第１の帯状電極を形成する
   工程と、次いで前記板状圧電セラミックスの他方の面に
   前記第１の帯状電極と前記板状圧電セラミックスを介し
   て対向するように第２の帯状電極を形成する工程と、そ
   の後前記第１の帯状電極と第２の帯状電極を短絡状態と
   し、同一面上の隣り合う帯状電極間に電位差を与えて分
   極する工程とを有する板状圧電セラミックスの分極方
   法。
2. 【請求項２】 第２の帯状電極を形成する板状圧電セラ
   ミックスにも溝を設ける請求項１に記載の板状圧電セラ
   ミックスの分極方法。
3. 【請求項３】 板状圧電セラミックスを焼結前に溝を形
   成する請求項１に記載の板状圧電セラミックスの分極方
   法。
4. 【請求項４】 板状圧電セラミックスを形成するとき
   に、同時に溝を形成する請求項３に記載の板状圧電セラ
   ミックスの分極方法。
5. 【請求項５】 第１の帯状電極と第２の帯状電極は、分
   極後洗浄で除去できる材料で形成する請求項１に記載の
   板状圧電セラミックスの分極方法。